黑山铁矿一选水泉沟尾矿库增高扩容工程项目科技成果申报

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1、河北钢铁集团矿业有限公司科学技术奖评审申报书项目名称：黑山铁矿水泉沟尾矿库增高扩容工程项目 申报单位：承德黑山铁矿申报日期： 一、项目基本情况 成果登记号：项目名称承德黑山铁矿水泉沟尾矿库增高扩容项目主要完成人 主要完成单位（盖章）河北钢铁集团矿业有限公司承德黑山铁矿联系人 联系电话 E-mail 主要完成、协作单位（盖章）申报单位承德黑山铁矿申报日期 申 报单 位意 见 申报单位技术主管领导： 申报单位（盖章） 研究起止时间 成果应用时间及地点2012年3月 黑山铁矿水泉沟尾矿库项目来源公司科技进步项目 专利技术 合理化建议公司课题 其它二、项目简介1、项目概况水泉沟尾矿库为黑山铁矿选矿一车

2、间现役尾矿库，水泉沟尾矿库库区纵深方向近南北向，纵深长度约1055m，其西面、北面及东面三面环山，尾矿库库区内地形起伏变化较大，沟底平均坡度约10%，地势总体上呈北高南低之势，绝对标高介于520.0650.0m之间，最大相对高差约130.0m，库区西面、北面及东面山坡较陡，汇水面积约1.3km2，属典型的山谷型尾矿库。该尾矿库原设计初期坝型为碾压式均质土坝，设计初期坝高为27m，顶标高为548m，顶宽4m，坝内外坡坡比1:2.5，坝顶长130m。后期坝采用上游法堆筑，设计尾矿最终堆积标高为600m，坝体外坡比为1:4，相应的总坝高为79m，总库容约713万m，有效库容为463.4万m，按选矿厂

3、当时年处理原矿90万t，其服务年限为13年，尾矿库的等别为三等。排水系统为直径1m的钢筋混凝土管和直径2m的窗口式排水塔。1#塔高5m，2#塔高9m，3#塔高9m，4#塔高10m，5#塔高43m。排水管内径2#塔以下为1.0m，2#塔以上为0.8m，1986年建成并投入使用。1995年7月黑山铁矿委托秦皇岛冶金设计研究总院完成了水泉沟尾矿库扩建工程初步设计方案，扩建方案通过加固增高原设计5#溢流塔使该尾矿库设计最终堆积标高至615m，总坝高提高至94m，总库容提高至1096万m3，服务年限由原来的13年延长至20.2年，使该尾矿库实现了第一次增高扩容。水泉沟尾矿库此次改造前现状坝顶高程为606

4、m，已接近最终堆积标高615m，5号溢水塔已接近尾矿澄清水边缘，如不采取相应工程措施，该尾矿库将进入闭库程序，不能再为选矿车间服务，而新尾矿库从选址规划、设计审批、征地、建设可能需要几年时间，所以很难保证黑山铁矿选矿一车间生产的正常延续，所以必须再对水泉沟尾矿库进行扩容改造。2008年5月我矿委托中冶沈勘秦皇岛工程技术有限公司完成了水泉沟尾矿库坝体稳定性分析，通过在现场勘察掌握了尾矿库场地的工程地质条件等资料，同期又委托了河北省石家庄铁道学院岩土与结构实验中心对设计标高坝体进行了渗流稳定性试验分析。根据以上资料组织专家通过充分的技术论证后，认为该尾矿库完全具备加高扩容条件，并最终确定了后期坝仍

5、采用上游堆筑法增高扩容改造方案。这不仅保证了黑山矿选矿车间的连续生产，延长了尾矿库的服务周期，为尾矿提供了堆存场所，保护了矿区周边环境，节约了水资源，少占用了土地，也为尾矿资源的再利用打下了基础，取得了巨大的社会效益。该项目总投资896万元，与新建尾矿库相比节省了大量的建设资金和时间周期。根据库区地形水泉沟尾矿库扩容后的最终堆积标高为650m，总坝高提高至129m，通过增高扩容606m650m可增加有效库容1373万m3，总库容增加至2467万m，扩容后该尾矿库等级由三等升为二等。按年产尾矿量85万t（56.7万m3）计算，该库606m650m的服务年限可为24.2年，在2012年3月水泉沟尾

6、矿库完成全部改造施工，并且于2012年4月，水泉沟尾矿库增高扩容项目通过了省安监局组织的安全验收，并取得安全生产许可证，现水泉沟尾矿库处于正常运行状态。这标志着该项目在山谷型尾矿库使用后期扩容中取得成功，并具有一定的推广价值。2、详细科学技术内容1.总体思路承德黑山铁矿对水泉沟尾矿库实施增高扩容项目工程的总体思路：为了保证黑山铁矿选矿一车间的连续生产，缓解生产压力，避免新建尾矿库的巨额投入及慢长的建设周期，延长尾矿库的服务年限，对尾矿库采用增高扩容方案。2.技术方案2.1技术方案的可行性论证扩容地形条件：水泉沟尾矿库东侧分水岭自标高612m670m，库区北侧分水岭自标高650m700m，库区西

7、侧分水岭自标高700m922m，现状标高以上至612m之间坝体从南侧主坝往上堆坝，612m以上分别从南侧主坝和东侧分水岭处同时往上堆坝，最终堆至650m标高，达到北侧分水岭标高，从地形条件分析水泉沟尾矿库具备增高扩容的条件。尾矿输送系统能力复核：黑山铁矿选矿一车间排出的尾矿由2座尾矿砂泵站送至水泉沟尾矿库，根据现有2座尾矿砂泵站的实际运行情况及尾矿输送能力验算，现有渣浆泵扬程只能达到618m高程，不能满足尾矿坝扩容后618m以上至最终坝高时放矿输送能力要求。后期需要增加砂泵站来提高其输送能力。排水系统的可靠性分析：水泉沟尾矿库原设计建设了一套完整的排水系统，该系统由5座直径2m的窗口式溢水塔和

8、钢筋混凝土排水管组成。2010年8月通过管道内检查录像发现管线多处存在安全隐患，因此2010年9月16日黑山铁矿聘请有关单位及专家对一选尾矿库排洪系统现状进行了论证，经过论证认为：现有排洪系统存在重大安全隐患，应立即着手新建一套排洪系统，新排洪系统投入使用后，对现有排洪系统进行妥善封堵。随后我矿对新建排洪系统的管线走向进行了规划，并请勘察部门对新建排洪管线进行了岩土工程勘察和补充勘察，确定新建排水系统全部以风化基岩为持力层。所以新建排洪系统后，水泉沟尾矿库排洪、回水系统是可靠的，为尾矿库增高扩容创造了条件。坝体稳定性分析及渗流分析：2008年5月黑山矿委托中冶沈勘秦皇岛工程技术有限公司完成了水

9、泉沟尾矿库坝体稳定性分析，通过在现场勘察掌握了尾矿库场地的工程地质条件等资料，同期又委托了河北省石家庄铁道学院岩土与结构实验中心对设计标高坝体进行了渗流稳定性试验分析。根据以上资料组织专家通过充分的技术论证后，认为该尾矿库完全具备加高扩容条件。综合上述分析可以确定黑山铁矿水泉沟尾矿库增高扩容方案技术上是可行的，在经济上比新建尾矿库不但可以节省大量资金而且可以大大缩短建设周期是合理的。2.2技术方案的实施2.2.1废石压坡压坡采用黑山矿铁粉生产中甩出的废石子，按照原压坡方案工程量达35万立方米，且废石压坡区域超出企业现有征地范围，需要重新征用土地，且在左侧压坡范围内的树林里存在几处坟地，土地征用

10、无法推进，工程无法继续进行。鉴于上述情况，我矿对原设计废石压坡按征地现状进行了调整，调整后的压坡范围是：对548m高程以下坝坡进行压坡，使得520531m外坡比为1:2，535540m和540543m、543548m外坡比为1:3，堆压废石子前先铺设土工布，方案调整后废石压坡工程量减少到2万立方米，从前后两个压坡方案的对比结果看，调整后的方案，边坡最小安全系数虽有所降低，但是所有工况的最小安全系数还是大于规范规定值，且具有较大的安全储备。排洪回水系统改造新建排洪回水系统，新排洪回水系统布置充分考虑到和该库老排洪回水系统的衔接问题。根据库形条件，新排洪系统布置在尾矿库区西岸，该系统包括：2座溢水

11、塔、隧洞、钢筋混凝土排水管、1座集水池、下游排洪管和1座消力池，下游排洪管西侧铺设回水管，从集水池接至选厂高位水池。当新建的排洪系统投入运行后，立即将原排洪系统进行封堵，以确保尾矿库加高运行期间的安全。封堵采用全管段灌注混凝土的方式，确保填实堵严。2.2.3渗水的处理为了导出现役尾矿坝上的排渗水和排出扩容库区降雨浸入坝体的渗水，坝坡加固方案确定后，为控制坝体浸润线满足稳定和规范要求及加快施工进度，在坝体正面标高545米处采用双向排渗法铺设排渗管，上部出土标高为578.00米。渗水管外径75mm采用PE槽孔管，不锈钢网缠绕。排渗管水平间距为8米，单孔长度约150米，共计15孔，总长约2250的双

12、向槽孔管排渗措施，要求控制坝体浸润线埋深不小于10m；滩面排渗采取预埋双向槽孔管排渗措施，在标高597.8米子坝处钻孔敷设导水管，导水管外径90mm，间距90米，共5根，每根长度135米。后接集水管，每根6米，每组共5根，合计30米，采用PE管，坡度为1%3%，集水管外径90mm。在606米高程干滩上挖排渗槽，并铺设反向预埋排渗管，排渗槽深0.5米、宽0.30.4米，渗水管外径75mm，采用PE槽孔管，不锈钢网缠绕，排渗槽回填碎石做渗水滤层。反向预埋排渗系统分组独立布置，共计5组。每组有6根渗水管，每根长度为60米，间距为15米，共有渗水管30根，总长1800米。后期堆积坝筑坝工艺现状标高以上

13、尾矿库的堆筑仍然采用上游法堆筑，矿浆输送前经过浓缩，使尾矿浆入库浓度不小于30%，达到节能减排的效果。为使后期堆积坝能均匀上升，要求坝前放矿支管交替分散放矿。首先用人工堆筑子坝，子坝堆筑必须经碾压达到中等密度状态。每期子坝高度为2.5m，内、外坡比分别为1:2和1:3。后期坝每5m为一个段高，每个段高外坡比为1:3，每两个段高间向内错5m宽的马道，以使尾矿坝外边坡的平均坡比为1:4。为确保尾矿库在使用过程中的安全和为闭库做准备，应随着后期尾矿坝的逐渐升高在1:4坝坡上铺压山皮土或直接采用植被绿化，并在坝外坡和坝肩分别修建坝面坝肩排水沟，坝外坡横向排水沟每3个段高设一道，纵向排水沟每50.0m设

14、一道，排水沟采用浆砌石砌筑。2.2.5布设观测设施为了便于尾矿库的安全管理，应在尾矿堆积坝上布设观测设施，通过位移沉降观测、水位观测，了解掌握尾矿坝的安全状态，以便采取应急措施。2.2.6尾矿输送系统改造黑山铁矿选矿一车间排出的尾矿由2座尾矿砂泵站送至水泉沟尾矿库，根据现有2座尾矿砂泵站的实际运行情况及尾矿输送能力验算，现有渣浆泵扬程只能达到618m高程，不能满足尾矿坝扩容后618m以上至最终坝高时放矿输送能力要求。后期需要新建一个砂泵站来提高其输送能力。新建泵站设计采用2台渣浆泵串联的方案。由于泵站压力较大，尾矿输送管道采用2条超高分子量聚乙烯复合管，1条工作1条备用。2.3洪水的防洪验证水

15、泉沟尾矿库改造扩容后最终总库容约为2476万m3，尾矿坝最终高度为129m，根据选矿厂尾矿设施设计规范的相关规定，该尾矿库为二等库，洪水标准选取相应最高限进行设防，其中606m标高按照500年一遇、625m和650m标高按照1000年一遇标准进行洪水计算。尾矿库各高程调洪库容远大于设防标准一次洪水总量（调洪库容至少可容纳7次设防标准洪水总量），一次洪水泄空时间不超过26.4小时，洪水下安全滩长为205m215m，安全超高为4.1m4.3m，均满足规范要求。3.实施效果2012年4月黑山铁矿水泉沟尾矿增高扩容工程完工并投入使用，此次扩容606m650m高程新增库容约为1545万m3（有效库容13

16、73万m）, 按年产尾矿量85万t（56.7万m3）计算，该库606m650m的服务年限为24.2年。保证了黑山矿选矿一车间的连续生产，延长了尾矿库的使用年限，节约了新建尾矿库的巨额资金，为尾矿提供了堆存场所，保护了矿区周边环境，节约了水资源，少占用了土地，也使选矿甩出的废石得到了再利用并减少了排土场的占地，取得了巨大的社会效益。3、关键技术及创新点黑山铁矿水泉沟尾矿库实施增高扩容工程项目，不但避免了新建尾矿库的巨额资金，而且延长了尾矿库的服务年限，保证了选厂的正产生产，缓解了后期接续尾矿储存的急需，为面临择库困境的各矿山企业提供了经验，从环保、经济节约角度都有很大推广价值。其关键技术及创新点

17、如下：1.充分利用现场的地形条件，在对原尾矿库进行全面科学的稳定性分析及三维渗流的分析的基础上进行改造扩容。不但大大降低了投资成本，缩短了建设周期,还解决了新建尾矿库需大量征占土地林地审批带来的难题。2.压坡采用选矿干选甩出来的废石，不但充分的利用了资源，还减少了排碴所占用的土地资源。3.通过对现有坝体520m548m进行压坡加固，不仅使坝体浸润线满足稳定性和规范要求，而且使边坡最小安全系数均大于规范规定值，且具有较大的安全储备，保证了坝体的稳定性要求。4.为控制坝体548m以上浸润线满足稳定和规范要求及加快施工进度，在坝体正面标高545米处采用双向排渗法铺设排渗管，控制坝体浸润线埋深不小于1

18、0m；滩面排渗采取预埋双向槽孔管排渗措施，在606米高程干滩上挖排渗槽，并铺设反向预埋排渗管进行排渗。5、在下游排洪管的西侧铺设铺设一条回水管与集水池直接相联，之间用截门控制，使回水能够自流至选矿车间水池，使尾矿回水利用在不排洪的情况下几乎达到了零排放，及大的降低了选厂水、电资原的消耗，节约了铁粉的生产成本。6、坝体排渗出来的水及坝肩水沟的水全部通过管道及导流槽导入下游排洪管并集中在下游消力池，用管道联接到了二泵站，用泵打入了选矿车间，使尾矿库的回水得到了充分的回收利用。4、保密要点 因该项技术具有极强的推广性，对于延长尾矿库的使用年限，推动技术进步具有重要的经济、社会意义，因此该项目暂未进行

19、保密。 5、经济、社会效益情况表 单位：万元项目总投资896经济效益总额 栏 目年 份新增产值新增利税创收外汇增收（节支）总额20122013累计表中所列效益额的计算依据1. 通过增高扩容606m650m可增加有效库容1373万m3，总库容增加至2467万m，扩容后该尾矿库等级由三等升为二等，按年产尾矿量85万t（56.7万m3）计算，该库606m650m的服务年限可为24.2年。2黑山水泉沟尾矿库增高扩容工程总投资896万元，而新征土地建设相当规模的尾矿库建设投资至少在5000万以上，而且建设周期没有三年都下不来，因此与新建库相比，节省了至少4000万的建设资金，工期节省2年。2.黑山水泉沟

20、尾矿库设立安全观测设施，对尾矿库实施定期观测，及时了解和掌握尾矿库的安全稳定现状，发现异常情况及时分析处理，以确保尾矿库安全。从投入使用后，尾矿坝一直处于安全稳定状态，很大程度地降低了安全隐患，这正符合我们公司“安全第一，预防为主”的方针政策。3.库内回水通过延伸的下游排洪管、回水管、集水池及消力池，使回水得到了充分的回收再利用，不但节约了水资源，而且降低了公司的成本。 单位财务部门盖章6、专利申请情况专利申请号专利号是否授权授权起止时间专利简要内容三、主要完成人员名单（特等奖15人、一等奖9人，二等奖7人、三等奖5人）序号姓名性别出生年月技术职称工作单位联系电话对项目创造性贡献1王金龙男61

21、.2采矿专家黑山铁矿3148002项目决策与组织2刘桂红女63.4选矿高工设计院7469229技术指导3房志龙男67.5工程师黑山铁矿3148022项目组织及技术指导4姚明艳女79.8工程师黑山铁矿3149079技术服务5崔劲松男70.4工程师黑山铁矿3148230技术服务6刘云华男68.9工程师黑山铁矿3148022项目决策7苗立宏男64.7高工黑山铁矿3148022项目决策89101112131415应 用 证 明项 目 名 称黑山铁矿水泉沟尾矿库增高扩容工程项目应 用 单 位黑山铁矿通 讯 地 址承德市承德县高寺台镇黑山铁矿应用成果起止时间2012年4月经 济 效 益 (万元) (财务部

22、门盖章)年 度2012年4月-2013年4月新增产值 (产量)新增利税(纯收入)年增收节支总额应用情况及社会效益：2012年4月黑山铁矿水泉沟尾矿库增高扩容工程项目改造完成并投入使用，此次改造保证了黑山矿选矿一车间的连续生产，延长了尾矿库的使用年限，节约了新建尾矿库的巨额资金，为尾矿提供了堆存场所，保护了矿区周边环境，节约了水资源，少占用了土地，取得了巨大的社会效益。该项目的实施达到以下几个方面的效果：1.黑山水泉沟尾矿库增高扩容工程总投资896万元，与新征土地建尾矿库相比，节省了至少4000万投资资金。2.黑山水泉沟尾矿库设立安全观测设施，对尾矿库实施定期观测，及时了解和掌握尾矿库的安全稳定现状，发现异常情况及时分析处理，以确保尾矿库安全。从投入使用后，尾矿坝一直处于安全稳定状态，很大程度地降低了安全隐患，这正符合我们公司“安全第一，预防为主”的方针政策。3. 库内回水通过回水管与集水池直接相联，使回水得到了充分的再利用。坝体排渗出来的水及坝肩水沟的水全部通过管道及导流槽导入下游消力池，用管道联接到了二泵站，用泵打入了选矿车间，使尾矿库的回水得到了充分的回收利用，不但节约了水资源，而且降低了公司的成本 应用单位(盖章) 2012年5 月8 日